I diamanti e la mina delle matite sono fatti dello stesso identico ingrediente: il carbonio.

Gli atomi di carbonio possono disporsi in diversi schemi chiamati allotropi. In un diamante, ogni atomo di carbonio si lega saldamente ad altri quattro atomi, creando una struttura a forma di piramide chiamata tetraedro. Questa configurazione tridimensionale è così forte da rendere il diamante il materiale naturale più duro sulla Terra.La grafite è la forma di carbonio che si trova nelle matite. Nella grafite, gli atomi si legano solo ad altri tre atomi per formare fogli piatti con un motivo a nido d'ape. Questi strati sono tenuti insieme da forze molto deboli, il che permette loro di scivolare via dalla matita e depositarsi sulla carta mentre si scrive.I diamanti naturali si formano nelle profondità della Terra, a circa 150-200 chilometri sotto la superficie. Questo processo richiede temperature superiori ai 1.000 °C e una pressione circa 50.000 volte superiore a quella atmosferica.Nel 1772, il chimico Antoine Lavoisier utilizzò una gigantesca lente d'ingrandimento per bruciare un diamante. Dimostrò che era composto da carbonio perché si trasformò in anidride carbonica. Nel 1797, Smithson Tennant provò che bruciando la stessa quantità di diamante e di grafite si otteneva la stessa quantità di gas, confermando che erano chimicamente identici.